專利名稱：電流傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過檢測由電流產生的磁場測定該電流的電流傳感器的制作方法，該傳感器包括至少一個基本上為矩形截面的電導體部分，它設有能使其與載有待測定的電流的兩導體串聯(lián)連接的各終端，該電導體部分在其三個側面周圍環(huán)繞以磁回路部分，該磁回路部分包括基本上位于電導體部分的第四側面的平面中的各端平面，對著該第四側面設置有一磁場檢測器。
這樣一種傳感器的基本構造描述于文件EP 0772046A2中。
已知的傳感器用傳統(tǒng)的方法制造其成本較高，尤其是由于傳感器的不同元件的組裝成本。
本發(fā)明的目的是提供適合于大量生產的傳感器的制作方法，特別能同時簡化大量傳感器組裝和生產，從而顯著地降低生產成本。
本發(fā)明的另一目的是提供具有良好性能的傳感器，特別是關于電流強度的測定范圍和傳感器的靈敏度方面，同時保證良好的保護以防寄生的磁場的影響。
本發(fā)明的目的是通過提供按權利要求1所述的傳感器的制作方法達到的。
本發(fā)明的具體實施方案闡明于權利要求2至15中。
本發(fā)明的其他目的和有利的特征由以下對不同的實施方案的描述和附圖將顯而易見，其中

圖1為本發(fā)明的電流傳感器的剖視圖；圖2為圖1的傳感器的底面圖，其中去掉了某些部分；圖3為類似于圖2的傳感器底面圖，但適合于測定兩電流差；圖4為按照本發(fā)明在制造的中間階段用于制作許多傳感器的電路板的局部透視圖；以及圖5至8為本發(fā)明的傳感器的各個不同實施方案的剖視圖。
參見圖1，按照本發(fā)明的方法制作的傳感器包括一支承元件1′，例如一印刷電路板或柔性的膜片，在其一表面上具有鍍金屬的部分2以特別形成電連接通路。在圖1的實例中，以板1′形式的支承元件設有一開口，該開口內安放一封裝于類似于市場可買到的殼體的殼體4內的磁場檢測器3，例如霍爾效應檢測器。檢測器3通過焊接固定和連接于金屬部分如2′和2″，金屬部分2′、2″經由連接通路被互連于如5、5′和5″等接頭上，這些接頭被焊接在相應的鍍金屬的部分，例如部分2上。
在圖1和2中，待測定的電流I流過的電導體的一部分以標號6表示。該電導體部分具有平面形狀且基本上為矩形截面，并且在垂直于電流I在接頭或導體16和17之間的流動方面的方向上包括一縮小的截面，接頭或導體16和17被焊接在部分6的兩相反端。于是該部分6包括縮小的截面和長度的部分6′，在該部分6′中電流密度大大地大于位于部分6′的上游和下游的部分6″和6中的，并且后兩部分由于它們較大的表面能夠散發(fā)由電流產生的熱。
部分6′和電導體部分6的鄰近區(qū)域在它們的三個側面周圍環(huán)繞以磁回路部分7，在所示的實施方案中該磁回路部分的邊緣基本上是圓形的。電導體部分6膠合在電絕緣層8上，而磁回路部分7一方面膠合在部分6上，另一方面沿兩周邊部分7′、7″膠合在所述電絕緣層8上。為了接地，在層8的下面設有電屏蔽層9。在屏蔽層9與電路板1′之間設置兩磁通量集中的部分10和11，該兩部分的形狀基本上是兩梯形，它們的短邊彼此面對，長邊具有例如近似于圓弧的形狀，如圖2中所示。
由部分7和部分10與11構成的磁回路在兩短邊之間設有氣隙，該氣隙位于檢測器3的附近，以便由電流I產生的磁場可以影響該檢測器。圖1特別示出，采用了包括集成的磁通量集中元件的檢測器，這使得通過回收部分10與11間的漏磁通量能夠提高電流檢測器的靈敏度。以點劃線畫出的磁通量中線F表示磁通量通過傳感器的流動。
關于傳感器的磁回路的部分7、10和11各自的形狀和尺寸，應當指出的是，部分7具有覆蓋在至少部分10和11上的圓形或橢圓形形狀以便確保對外部磁場的良好屏蔽。在相對于電流的流動方向的橫向方向上部分7的較大寬度，如在橢圓形狀時其長軸垂直于電流流動方向的情況下所得到的那樣，進一步提高傳感器的靈敏度。另一方面，部分7沿電流流動方向的較大寬度可獲得較大的磁飽和度，從而可測定較大強度的電流。實際上，對于給定的應用在這兩種效應之間必須求得一個折衷方法。
圖3示出用于測定兩在相反方向流動的電流Ia和Ib的差值的傳感器的構造。在這種情況下，部分6被分成兩部分6a和6b，這兩部分通過一沿電流方向延伸的狹縫隔開并且彼此電絕緣，例如通過絕緣的涂漆層。部分6a和6b分別連接于接頭16a、17a和16b、17b。傳感器的其余部分類似于圖2傳感器的構造并且用同樣的標號表示同樣的元件。磁檢測器測定由在每一部分6a與6b流動的電流間的差值產生的磁場。
制作電流傳感器的本方法在于在一支承件如印刷電路板上通過沉積各逐次的層構成不同的元件以形成多層結構，例如按照圖1那樣。實際上，同時構成多個傳感器，例如在一主板1上，如圖4中所示。構成各不同的層以后，沿點劃線切割該板以便各個傳感器設有相應于板1的一部分的板1′。檢測器可以在切割主板以前或以后安裝。接頭如5、5′和5″可視情況而定焊接在鍍金屬的部分2上，接著將傳感器用密封樹脂13覆蓋以確保電絕緣以及機械穩(wěn)定性和裝置的保護。該樹脂也可以流入在形成各不同的層以后在傳感器內部留下的空間。
給予傳感器的各部分如部分7、10和11以特定形狀的各層構成磁回路，磁屏蔽層12和導體部分6按已知方法通過光刻和蝕刻加工而成。其他各層的最后形狀在多層結構的切割過程中得到。
圖5至8示出本發(fā)明提供的不同的傳感器構造實例。在這些圖中，各類似部分和特別是在圖1中所描述的那些部分已用同樣的標號表示出來并且對它們的描述及其功能可由以上所述來理解，在此不再贅述。
圖5的實施方案相當于圖1的構造但另外采用了不同的粘結層。粘結層18使形成部分10和11的鐵磁材料層可粘結在板1上，并且粘結層19、20和21分別確保電屏蔽層9粘結在部分10和11上并接著一層疊一層地粘結電絕緣層8和形成導體部分6的層。之后，將形成部分7的層借肋粘結劑22固定在部分6上。最后，用粘結層23固定上外磁屏蔽層。
在圖6的實施方案中，采用了絕緣材料的支承板1″，制備導體部分6和磁回路部分7的各層以及屏蔽層12一層疊一層地粘結在支承板1″上，如以上所述。形成磁通量集中部分10和11的層粘結在板1″的反面上。最后，將封裝在殼體內的檢測器24粘結到部分10和11上。由殼體伸出的接頭25在用樹脂13封裝的過程中保持就位。
圖7示出將一以“倒裝片”型式的集成電路形式的檢測器安裝在包括連接通路2的印刷電路板1′下面的實例。
圖8的實施方案采用包括一磁阻的鐵磁元件26的檢測器，元件26也用來閉合傳感器的磁回路。
由以上所述顯而易見，本發(fā)明能以低成本制作具有良好性能的傳感器，特別是由于這些傳感器的構成部分的形狀和尺寸的優(yōu)化。因此這樣的傳感器具有很大的應用領域，例如在電機控制設備中、在能量測定設備中和電子熔絲中等。
權利要求
1.通過檢測由電流產生的磁場測定該電流(I；Ia和Ib)的電流傳感器的制作方法，該傳感器包括至少一個基本上為矩形截面的導電部分(6；6a和6b)，它設有能使其與載有待測定的電流的兩導體串聯(lián)連接的各終端，該導電體部分在其三個側面周圍環(huán)繞以磁回路部分(7)，該磁回路部分包括基本上位于所述導體部分(6)的第四側面中的各端平面部分(7′，7″)，對著該第四側面設置有磁場檢測器(3；24；26)，其特征在于-所述導體部分(6)通過在一層導電材料上光刻和蝕刻而成，該層導電材料粘結在平面支承元件(1；1′；1″)的第一表面上或粘結在一個或多個沉積在該支承元件的所述表面上的中間層或中間層部分(8，9，10，11)上；-所述磁回路部分(7)通過在一層導磁材料上光刻和蝕刻而成，該導磁材料粘結在所述導體部分(6)和支承元件(1；1′；1″)的所述第一表面的各部分或中間層(8)的各部分上；-所述磁場檢測器(3；26)固定于所述支承元件(1；1′；1″)或固定在該元件與其所述第一表面相反的第二表面上，或固定在沉積在支承元件的該第二表面上的中間層(9，10，11)的一層或多層或幾部分上。
2.按照權利要求1所述制作傳感器的方法包括平面磁通量集中部分(10，11)，該磁通量集中部分分別至少部分地設置在所述磁回路部分的端面部分(7′，7″)的對面，其特征在于-所述磁通量集中部分通過在一層導磁材料上光刻和蝕刻而成，該導磁材料在所述支承元件(1，1′)與導體部分(6)之間形成一中間層。
3.按照權利要求1所述制作傳感器的方法包括平面磁通量集中部分(10，11)，該磁通量集中部分分別至少部分地設置在所述磁回路的端面部分(7′，7″)的對面，其特征在于-所述磁通量集中部分通過在導磁材料上光刻和蝕刻而成，該導磁材料在所述支承元件(1，1″)與磁場檢測器(24)之間形成一中間層。
4.按照上述權利要求的任一項所述的方法，其特征在于-電屏蔽層(9)作為所述導體部分(6)與磁場檢測器(3；24；26)之間的中間層粘結于一導電材料上。
5.按照權利要求1，2和4任一項所述的方法，其特征在于-粘結電絕緣層(8)作為所述導體部分(6)與支承元件或電屏蔽層(9)之間的中間層。
6.按照上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于-導磁材料的磁屏蔽層(12)粘結在所述磁回路部分(7)上。
7.按照上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于-所述支承元件是印刷電路板或柔性的印刷電路。
8.按照上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于所述磁場檢測器(3)為包括在該檢測器中集成的磁通量集中元件(14，15)的霍爾效應檢測器。
9.按照上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述支承元件(1′，1″)為同時制作多個電流傳感器用的主支承元件(1)的一部分，所述各層被逐次地粘結在該支承元件的一個和/或另一個表面上并接著切割成相當于各個傳感器的所述支承元件的部分。
10.按照上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述導體部分(6)包括一在垂直于電流方向的方向上縮小的截面以便將電流集中在導體部分的縮短部分(6′)上，以及所述磁通量集中部分(10，11)都具有近似梯形形狀并設置成使它們的短邊彼此面對和面對所述導體部分的縮短部分(6′)。
11.按照上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于所述磁回路部分(7)的尺寸確定成使其能至少覆蓋所述磁通量集中部分(10，11)。
12.按照上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于所述磁回路部分(7)設有基本上為圓形或橢圓形的邊緣。
13.按照權利要求12所述的方法，其特征在于所述磁回路部分(7)具有橢圓形狀，其長軸定向于垂直于電流方向的方向。
14.按照上述權利要求任一項所述的用于測定兩反向電流的差值的電流傳感器的制作方法，其特征在于-設置兩彼此絕緣的導體部分，所述磁回路部分(7)和磁場檢測器(3；24；26)設置成使它們可受在所述導體部分內流動的電流的影響。
15.按照上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于-傳感器在制備各電連接部分以后被封裝在密封材料(13)中。
全文摘要
通過檢測由電流產生的磁場測定電流的電流傳感器的制作方法。該傳感器包括至少一個基本上為矩形截面的導體部分,導體部分在其三個側面周圍環(huán)繞以磁回路部分,對著第四側面部分設置有磁場檢測器。導體部分通過在一層導電材料上光刻和蝕刻而成,粘接在一平面支承元件的第一表面上。磁回路部分通過在一層導磁材料上光刻和蝕刻而成,粘接在導體部分和支承元件第一表面上。磁場檢測器固定于支承元件的與第一表面相對的第二表面上。
文檔編號G01R33/07GK1276531SQ0010267
公開日2000年12月13日 申請日期2000年2月25日 優(yōu)先權日1999年2月25日
發(fā)明者休伯特·布蘭查德 申請人:機電聯(lián)合股份有限公司